原标题：SFERE | 电气原理之光电耦合器

一、概述

光电耦合器（Optocoupler），亦称光电隔离器或光耦，是一种能够实现电信号到光信号再到电信号转换的半导体光电子器件。它由发光源（如发光二极管）和受光器（如光敏三极管、光敏二极管等）组成，两者之间通过透明绝缘体隔离，实现了输入端和输出端之间的电气隔离。

二、工作原理

光电耦合器的工作原理基于光电效应。当在输入端加上电信号时，发光二极管会发出光信号，这个光信号通过内部的光路传输到光敏器件。光敏器件接收到光信号后会产生光电流，进而在输出端输出电信号。这样，光电耦合器就实现了电信号到光信号，再到电信号的转换，完成了信号的传输。

三、主要参数

1. 正向工作电压（Vf）：在给定的工作电流下，发光二极管本身的压降。常见的小功率LED通常以If=20mA来测试正向工作电压。

2. 反向电压（Vr）：LED所能承受的最大反向电压，超过此电压可能会损坏LED。

3. 电流传输比（CTR）：光耦输出电流与输入电流的比值，通常以百分比表示。CTR越高，输入光功率相同时，输出电流就越大。

4. 带宽：高速光耦的带宽是指其能够传输的最高频率，通常以MHz或GHz为单位。

5. 响应时间：包括上升时间（Tr）和下降时间（Tf），分别表示光信号从0%到90%和从90%到0%所需的时间，用于评估光耦的响应速度。

四、应用领域

1. 电力系统：在电力系统中，光电耦合器广泛应用于电力控制、电力测量和电力隔离等方面。其电气隔离的特性使得它在高电磁干扰环境下具备优异的信号隔离与传输性能。

2. 工业自动化控制系统：光电耦合器能够将电气信号转换为光信号并进行隔离，防止输入端的噪声、干扰等影响输出端的稳定性。因此，在PLC（可编程逻辑控制器）输入/输出模块、隔离式继电器输出模块等中得到了广泛应用。

3. 通信设备：在光纤调制解调器（光猫）、光电耦合器串并转换器、光电耦合器隔离阵列模块等通信设备中，光电耦合器用于隔离输入和输出信号，避免信号干扰和电气故障。

4. 医疗设备：光电耦合器能够将信号从控制电路隔离，确保患者和医护人员的安全。在医疗设备输入/输出模块、医疗设备控制系统、医疗器械接口隔离等方面有广泛应用。

五、特点与优势

1. 电气隔离：光电耦合器通过光信号传输电信号，实现了输入端和输出端之间的电气隔离，有效避免了电路之间的干扰和损坏。

2. 单向传输信号：由于“光”传输的单向性，信号从光源传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。

3. 抗干扰能力强：光电耦合器能够很好地抑制干扰并消除噪声，其响应速度快（时间常数通常在微秒甚至毫微秒级）。

4. 可靠性高：光电耦合器无触点、耐冲击、体积小、使用寿命长，并且容易和逻辑电路配合。

总结：SFERE电气原理中的光电耦合器以其独特的结构和功能，在电力、工业、通信和医疗等领域发挥着重要作用。